Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 12 · SOLID STATE ELECTRONICS

Thermomechanical properties of microwires from Ni49.9Ti50.1 alloy made of rods processed by warm forging and a combination of ECAP and warm forging

V.S. Kalashnikov1, V.A. Andreev2,3,4,5, V.V. Koledov1, D.V. Gunderov6,7,8, V.G. Shavrov1, D.V. Kuchin1, A.V. Petrov1, M.S. Bybik1, A.V. Nesolenov1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 ООО "Промышленный центр МАТЭК-СПФ", Moscow, Russia
3 Matek-Sma Ltd, Russia
4 Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Russia
5 nstitute of Metallurgy and Materials Science RAS
6 Институт физики молекул и кристаллов УНЦ РАН, Ufa, Russia
7 Institute of Physics of Molecules and Crystals of Russian Academy of Sciences, Russia
8 Санкт-Петербургский государственный университет, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.12.16 UDC 621.391, 621.396 EDN NGVFAV

Abstract

The influence of the initial state of a bar of Ni49.9Ti50.1 shape memory alloy on the characteristics of thermoelastic martensitic transformation in microwires obtained by cold and warm drawing with a diameter of 100 μm was studied. It was demonstrated that the recoverable deformation for a wire from a bar after warm forging and annealed at 350° C was 12% at the load of 805 MPa (energy capacity was 96 MJ / m3), and in a wire from a bar processed by ECAP operation and warm forging annealed at 400˚ C recoverable deformation was 7.2% at 846 MPa (energy capacity was 61 MJ / m3). It was noted that increasing the annealing temperature to 450°C and the exposure time to 45-60 minutes slightly increase the level of functional properties in 1.5-2 times and low annealing temperatures and short exposure times significantly increase the functional properties in 3-9 times in regard to initial state.

  • фазовые переходы
  • эффектом памяти формы
  • термоупругое мартенситное превращение
  • микропроволока
  • нитинол
  • обратимая деформация
  • удельная работа превращения
  • phase transitions
  • shape memory effect
  • thermoelastic martensitic transformation
Аннотация (на русском)

Термомеханические свойства микропроволок из сплава Ni49,9Ti50,1 изготовленных из прутков, прошедших теплую ковку и комбинацию РКУП и теплой ковки

Проведена оценка влияния исходного состояния прутка из сплава Ni49,9Ti50,1 на характеристики термоупругого мартенситного превращения в полученных холодным и теплым волочением микропроволоках диаметром 100 мкм. Обратимая деформация для проволоки из прутка после теплой ковки и отжига при 350˚С составила 12 % при нагрузке 805 МПа (удельная работа превращения составила 96 МДж/м3), а в проволоке из прутка, прошедшего операцию РКУП и теплой ковки, после отжига при 400˚С составила 7,2 % при 846 МПа (удельная работа превращения составила 61 МДж/м3). Показано, что повышение температуры отжига до 450˚С и времени выдержки до 45-60 минут незначительно повышает уровень функциональных свойств в 1,5-2 раза, а невысокие температуры отжига и короткие время выдержки значительно увеличивает функциональные свойства примерно в 3-9 раз относительно исходного не термообработанного состояния.

For citation

Kalashnikov V.S., Andreev V.A., Koledov V.V., Gunderov D.V., Shavrov V.G., Kuchin D.V., Petrov A.V., Bybik M.S., Nesolenov A.V. Thermomechanical properties of microwires from Ni49.9Ti50.1 alloy made of rods processed by warm forging and a combination of ECAP and warm forging // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.12.16

References

  1. Xu Lei, Wang Rui, Liu Yong. The optimization of annealing and cold-drawing in the manufacture of the Ni-Ti shape memory alloy ultra-thin wire. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. August 2011. Vol.55. No.9. P.905-910.
  2. Heller L., Kujawa A., Sittner P., Landa M., Sedlak P., Pilch J. Quasistatic and dynamic functional properties of thin superelastic NiTi wires. The European Physical Journal Special Topics. May 2008. Vol.158. No.1. P.7-14.
  3. Petrini L., Migliavacca F. Biomedical Applications of Shape Memory Alloys. Journal of Metallurgy. 2011. Article ID 501483. 15 p.
  4. Dayananda G.N., Subba Rao M. Effect of strain rate on properties of superelastic NiTi thin wires. Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol.486. No.1-2. P.96-103.
  5. Jani J. M., Leary M.N., Subic A., Gibson M. A. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities. Materials & Design. April 2014. Vol.56. P.1078-1113.
  6. Калашников В.С., Коледов В.В., Кучин Д.С., Петров А.В., Шавров В.Г., Быбик М.С., Несоленов А.В. Установка для определения термомеханических свойств сплавов с эффектом памяти формы методом трехточечного изгиба. Приборы и техника эксперимента. 2020. Работа направлена в журнал.
  7. Waitz T., Karnthaler H.P. Martensitic transformation of NiTi nanocrystals embedded in an amorphous matrix. Acta Materialia. 2004. Vol.52. No.19. P.5461-5469.
  8. Kocich R., Kursa M., Greger M., Szurman I. Deformation behaviour of Ni-Ti shape memory alloys at ECAP process. Acta Metallurgica Slovaca. 2007. Vol.13. No.4. P.570-576.
  9. Demers V., Brailovski V., Prokoshkin S.D., Inaekyan K.E. Optimization of the cold rolling processing for continuous manufacturing of nanostructured Ti-Ni shape memory alloys. Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol.209. No.6. P.3096-3105.
  10. Kaplan M. A., Nasakina E. O. et. al. Influence of annealing on mechanical properties of TiNi (55.8mass % of Ni) wire made for medical purposes. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. No.347. 012022. DOI: 10.1088/1757-899X/347/1/012022.
  11. Khaleghi F., Khalil-Allafi J. et. al. Effect of short-time annealing treatment on the superelastic behavior of cold drawn Ni-rich NiTi shape memory wires. Journal of Alloys and Compounds. 2013. No.554. P.32-38.
  12. Pourbabak S., Orekhov A., Samaee V. et al. In-Situ TEM Stress Induced Martensitic Transformation in Ni50.8Ti49.2 Microwires. Shap. Mem. Superelasticity. 2019. No.5. P.154-162.
  13. Kalashnikov V.S., Andreev V.A., Koledov V.V. et al. Functional Characteristics and Phase Transformations in Bar Semiproducts from Shape Memory NiTi Alloys. Metal Science and Heat Treatment, 2019. Vol.61. P.504-510.
  14. Kalashnikov, V.S., Koledov, V.V., Kuchin, D.S. et al. A Three-Point Bending Test Machine for Studying the Thermomechanical Properties of Shape Memory. Alloys Instrum Exp Tech. 2018. Vol.61. P.306.
  15. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986. 560 с.
  16. Prokoshkin S.D. et al. Alloy composition, deformation temperature, pressure and post-deformation annealing effects in severely deformed Ti-Ni based shape memory alloys. Acta Materialia. 2005. Vol.53. P.2703-2714.